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齿轮感应淬火的发展

齿轮的硬齿面热处理工艺主要有 :渗碳 (和碳氮共渗 )、渗氮 (和软氮化 )及感应淬火。齿轮感应淬火和渗碳、渗氮相比 传动轴淬火设备,具有节能、节约合金元素、生产周期短、劳动环境好以及可在线生产等优点齿轮淬火设备。因此 ,随着齿轮感应淬火工艺的不断改进 ,它在机床、汽车、拖拉机、机车以及回转支承等制造工业等应用领域得到了越来越广泛的应用。

常规 (单频 )齿轮感应淬火

机床传动齿轮使用感应淬火早 ,但受当时感应淬火电源频率的限制 ,大部分仍采用高频200kHz或中频 25～8kHz电应淬火。此种工艺常得到全齿淬硬或半齿淬硬的齿轮。

单齿一次加热或扫描淬火

单齿一次加热淬火中频 8～10kHz常用于m =8mm以上的大模数齿轮。沿齿沟扫描淬火　沿齿沟扫描淬火主要用于m =6mm以上的直齿轮及斜齿轮 ,此种方法应用极广 ,并且已有极成熟的工艺与装备轴淬火设备。

边轮支承轴的中频感应淬火

轮边支承轴是一种大型重载外圆变截面感应淬火零件,其材料从欧洲进口 (零件材料按欧洲标准 ) ,成分接近于国内的 35Ｇ钢 ,热处理要求十分严格。硬化层深度要求较深 ,且在不同截面处的硬化层深度要求不一 ,台阶处要求连续过渡。淬火加热及冷却系统在完成一个工作程序后 ,回到起始工作位置时 ,其重复定位精度误差不能超过 0.05ｍｍ 花键轴淬火设备,系统的移动速度应均匀平稳 ,能在规定的不同位置停留 ,在不同区域以不同的规定速度工作 ,这样才能保证工件不同截面及尺寸过渡区的硬化层深度达到工艺要求 ,产品质量连续、稳定、可靠。

感应淬火设备是保证质量的前提 ,在正常生产过程中应尽可能减少人为因素对产品质量造成的影响 ,即自动化程度要高 ,不同工件的成熟工艺及参数等都应能存储 ,随时调用。感应器截面是斜面状 ,使用安装时感应器底部尽可能贴近工件的环形面 ,感应器内径也比常规尺寸偏大 ,使其稍离圆柱区。适当停留感应器 ,由于热传导和微弱感应双重影响 ,使环形区与圆柱区之间的过渡区 得以加热 ;之后 ,感应器沿圆柱区向花键区方向移动 ,并根据硬化层深度要求不同 ,设定不同的移动速度和加热功率 ,并冷却 ,可以获得预期的硬化层。

车轴感应淬火设备

感应器研制车轴是一个变直径的圆柱体,要实现全长表面淬火在很大程度上取决于感应器的结构设计与制造。加热用感应器的设计应主要考虑①使被加热零件的表面温度均匀;②感应器损耗小,电;③感应器冷却良好;④制造简单,有足够的机械强度,操作使用方便。车轴加热感应器用矩形紫铜管制造成圆形感应器,并通水冷却,零件加热后由用附带喷水圈进行喷射冷却。为了保证在感应加热中尽可能地减少漏磁,提高加热效率,感应器与零件之间的间距尽可能小,但要有足够的间隙,保证使感应器能与车轴的相对运动顺利进行。因此,选择圆环形感应器内侧与车轴轮座表面之间的距离为5～6ｍｍ较为合适。

加热设备频率的选择感应加热的电流透入深度与电流的频率成反比,必须正确选择中频发生器设备的中频电流频率,以实现一定加热深度的感应加热。正确选择加热电流频率可实现技术要求,提高热处理质量,充分发挥设备的效能,提高生产率,节省电能。感应器的电频率选择与零件的直径大小有关,大直径零件可采用较低的频率,所以对于直径很大的车轴,选择下限频率中频电源作为车轴感应加热的中频加热设备。

冷却器的研制车轴中频感应表面淬火,冷却是关键。因为车轴钢的含碳量低,临界冷却速度高。选择适当的冷却方法和冷却介质,才能使淬火区获得马氏体组织。因此,冷却器的合理设计就显得致关重要。所以 ,喷水圈喷水孔采用多排交叉分布,为防止靠近感应器处喷水孔喷射水柱飞溅影响加热效果。

淬火机床的研制为尽可能减少车轴淬火后的变形,淬火机床采用竖立式,车轴垂直放置，自身旋转,以使车轴圆周表面的加热均匀。淬火机床上的中频变压器连接加热用感应器一起可沿车轴纵向上下移动 ,移动速度采用变频连续可调。

汽车半轴坯料中频感应加热质量的控制

为便于实现机械化和自动化，提高生产效率，中频感应加热金属在国内一些企业也逐渐得到广泛运用。

感应加热的基本原理是当施感导体（感应器）中通入交变电流以后，在它的周围产生一个交变的磁场，把金属毛坯置于交变的磁场内，在其内部便产生一个交变电势，在电动势作用下金属内部产生交变涡流。由于金属毛坯电阻上的涡流发热和磁性转变点以下的磁滞损失发热，把金属毛坯加热到所需要的温度。由趋负效应可知，电流仅在被加热的金属表面层流过，表面层中的金属主要靠电流流过而加热，内层（中心金属）则靠外层热量向内层传导而加热。一般来说，当毛坯表面加热到锻造温度时，表面和中心温度差不得超过100℃。对于大直径的毛坯，为了缩短内层金属的加热时间、提高加热速度，建议选用较低的电流频率以增大电流透入深度，否则选用的频率太高，电流透入深度将减少，不但延长了热量由外层向内层的传递时间，增加了热量损失，热效率低，甚至会造成表面过热。小直径毛坯感应加热时，由于截面尺寸小，可以采用较高频率，以提高电效率。

中频感应加热设备是目前主流的电磁感应加热技术，有很多优点：升温快，氧化和脱碳少，劳动条件好，便于实现机械化和自动化。

汽车半轴局部感应加热感应器的类型

仿型的多孔位感应器形式

仿型的多孔位感应器中每只感应器为仿型的感应器,进、出料在线圈的同一端。各感应器之间电气连接方式,可以是并联,也可以是串联。

人工送料、气缸退料方式　感应器水平放置,坯料放在感应器前的托架上按节拍由人工送进感应器,感应器的另一端装有气缸,这种气缸中装有两个活塞,这种装置可使缸的顶杆头部有3个位置,个位置是进料时,顶杆作为定位挡;第2个位置是加热时,顶杆退出感应器,以免顶杆受热;第3 个位置是加热时间结束推出加热好的坯料。

(2) 气缸自动送料、退料方式　感应器倾斜放置,坯料放在感应器前的气缸缸体上的V型托架上,该气缸缸杆固定不动,活塞(缸体) 可上下移动。这样活塞移动,带动缸体V型托架,将坯料端部移入感应器进行加热,在进料端由气缸进行定位,不需要在感应器另一端定位。加热时间结束,气缸活塞下行,随之带动缸体、V型托架,端部已经加热好的坯料退出感应器,送入锻压设备成形。感应器倾斜角度以坯料可以顺利推上退下而不倾倒为原则。

(3) 人工送料、人工退料方式　感应器水平放置,人工送料,同人工退料。采用这种方式时, 定位等都由操作者掌握。

依据汽车行业工件的特点，研制了针对汽车轴类、齿轮齿圈类、等速万向节钟型壳类、轮毂轴承类、等速万向节三柱槽壳类零件的感应淬火及回火。

齿轮双频感应加热过程及齿轮材质的选择

双频加热的原理是使用低高两种频率的热源。首先，以较低频率的热源加热(3—10kHz)，为齿轮预热提供所需能量。

随后，立即进行高频热源加热，频率范围100-250kHz之间。频率选择依齿轮尺寸及周节大小而定。高频热源将迅速使全部齿轮外表面加热至淬火温度，然后齿轮立即淬火，获得设计所规定的硬度。

在双频加热中，固定在心轴上旋转着的齿轮接受预热，随后一个快速“脉冲使之达到终适宜的淬火温度后，工件被送入水中淬火。全部过程共需30秒钟。

这一过程为计算机所控制。由于加热速度快，表面无氧化、脱碳现象，外观质量及心部材料的性能仍保持不变。

制造齿轮有多种材料，从工艺及经济的观点出发，钢得到广泛应用。

含碳量决定钢能达到的硬度。通常用于感应热处理的钢，视其表面的设计硬度要求，含碳量一般为0.40,0.50或0.60％为宜。

要使零件在局部加热之后淬火硬化，钢的含碳量必须达到设计硬度的要求。

双频感应淬火解决这一问题的办法是，严格控制热处理变形，使变形量限制在太多数齿轮的设计要求范围之内。

齿轮淬火处理有其特点，双频感应处理是各种方法中较理想的。在常规处理中，要同时满足一定的硬化层深度及变形要求是困难的，因为两者会相互影响，相互制约。而双频感应方法仅对齿轮的局部提供淬火所必须的能量(比常规生产减少2—3倍)，因此，变形范围及硬化深度均达到设计要求。